Sistemas Operacionais - Parte 5

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Aula 5 - Gerência de entrada e saída 
 Uma parte bem importante dentro dos Sistemas Operacionais é a do mecanismos de Entradas e Saídas,atraves do qual o sistema se comunica com o mundo externo.Este nivel é composto por processos servidores de E/S que também são processos do S.O e também competem pelos seus recursos.
-Entrada: É toda instrução de envio de dados ao mundo exterior.
-Saída: É toda instrução de recepção de dados do mundo exterior.
 Portanto,as instruções de E/S são sempre do tipo:
-Sai comando;
-Saem dados;
-Entram dados;
-Entra estado do dispositivo.
 Toda operação do tipo de E/S pode ser subdividida no tempo em três etapas distintas:
-Início da E/S --> Transferência de dados --> Finalização da operação.
Técnicas empregadas em operações de E/S:
-Buffering:
 Esta técnica armazena temporariamente, em uma região de memória física do computador, chamada buffer, os dados enquanto eles são movidos entre processos ou dispositivos.
 São utilizados quando existe uma grande diferença de velocidade entre a origem e o destino
-Spolling:
 A técnica de spolling consiste em armazenar os dados em uma memória auxiliar.Ela permite que um dispositivo lento nao provoque ociosidade na CPU.
 A diferença entre buffer e spolling , é que a técnica de buffering permite que uam tarefa utilize um buffer concorrentemente com um dispositivo de E/S. O spolling basicamente,utiliza o disco como um grande buffer,permitindo que dados sejam lidos e gravados em disco, enquanto outras tarefas são processadas.
Software de E/S de nível de usuário:
A visão dos dispositivos de E/S para o usuário consiste de bibliotecas vinculadas em programas de usuários.Essas bibliotecas são fornecidas pelas linguagens de programação e podem ser utilizadas pelos usuários e ligadas com seus programas para compor o arquivo executável.
As linguagens de E/S são dependentes e especificas de cada linguagem de programação.As linguagens de E/S não fazem parte do núcleo do Sistema Operacional.Elas são associadas às várias linguagens de programação.
Software de E/S Independente de Dispositivo:
 A principal função do software de E/S independente de dispositivo é executar funções que são comuns para vários dispositivos, e oferecer uma interface uniforme para o software de nível de usuário.
alguns serviços oferecidos são eles:
-Nomeação de dispositivo: Cada dispositivo deve receber um nome lógico e ser identificado a partir dele.
-Buferização: Buffer é uma zona de memória temporária utilizada para armazenar dados enquanto eles estão sendo transferidos entre as diferentes camadas do software de E/S.
-Cache de dados: Armazenar,na memória,um conjunto de dados que estão freguentemente utilizados.
-Alocação e Liberação: Devido a alguns dispositivos admitirem,no máximo, um usuário por vez o software de E/S deve gerenciar a alocação, a liberação e o uso destes dispositivos.
-Tratamento de erros: O software de E/S deve fornecer mecanismos de manipulação de erros,informando à camada superior o sucesso ou fracasso de uma operação.
			Drivers de Dispositivos
 O driver de dispositivo é composto de um conjunto de módulos de software cada um implementado para fornecer mecanismos de acesso a um dispositivo ou de uma classe de dispositivos correlacionados.
 De modo geral,um driver é responsável por aceitar uma solicitação abstrata e cuidar para que esta solicitação seja atendida.
				Interrupção
 É um sinal informando que um evento ocorreu. Vários eventos podem gerar uma interrupção como, por exemplo, o fim de uma operação de E/S, erros de programa como divisão por zero ou acesso inválido à memória entre outros.
			Controle de interupção 
 Quando ocorre uma interrupção o programa em execução passa ao estado de pronto e é iniciada a rotina de tratamento de interrupção.
 No decorrer da execução das instruções de um programa é solicitada uma operação de E/S,por exemplo um determinado trecho deve ser copiado,do disco para memória principal,para que o fluxo de execução deste programa continue.
Principios de Hardware e de Software de E/S
-Principios de Hardware:
Um sistema de computação de uso geral moderno consiste de uma CPU e em uma série de controladoras de dispositivos conectados por um barramento comum que fornece acesso à memória compartilhada.
-Dispositivos de E/S:
 É o mecanismo utilizado como interface entre o mundo exterior e o computador.
Existe uma grande diversidade de dispositivos que são classificados quanto ao fluxo de dados da seguinte forma:
-Dispositivos de Entrada:
 Caracterizados por conter um fluxo de informações do dispositivo para o sistema,ou seja, responsáveis por inserir,no sistema,informação do mundo externo como,por exemplo.
-Dispositivos de Saída:
 Caracterizados pelo fluxo de informações dos sistema para o mundo externo,ou seja,responsáveis por disponibilizar respostas ao mundo externo.
-Dispositivos de E/S:
 Conteplam os dois fluxos como,por exemplo,uma placa de rede.
Controladoras de Dispositivos
 Os dispositivos são ligados ao computador através de um componente de hardware chamado de interface.Devido à diversidade de tipos de dispositivos,que abstrai diferentes formas de operações e complexidade.
 A controladora de dispositivo trata-se de um componente eletrônico comumente na forma de uma placa de circuito impresso,que pode ser inserida na placa mãe do computador.
 O dispositivo em si trata-se de um componente mecânico. Uma controladora pode manipular mais de um dispositivo e, quando padronizadas, podem ser fabricadas por diversas empresas. Como exemplo, temos as controladoras de disco IDE ou SCSI(SATA).
 A distinção entre dispositivo e controladora deve ser ressaltada,já que o sistema operacional vê a controladora,não o dispositivo.
Acesso Direto à memória(DMA)
Uma controladora comum armazena dados em seu buffer e verifica possíveis erros.Em seguida gera uma interrupção.O sistema operacional passa a executar e realiza a leitura do buffer da controladora.Esta operação,naturalmente,exige desperdício de CPU.
O DMA foi projetado para liberar a CPU do trabalho de cópia da controladora para a memória.O controlador DMA é conectado ao barramento de dados e de endereços do computador, para ter a capacidade de acessar diretamente endereços de memória. Desta forma, após os dados terem sido lidos do dispositivo, a controladora se encarrega de copiá-los para a memória, sem interferência da CPU.